JP2000299525A - Optical transmitter and optical communication system - Google Patents
Optical transmitter and optical communication systemInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、信号光を送出する
光送信器、および、この光送信器を用いた光通信システ
ムに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical transmitter for transmitting signal light, and an optical communication system using the optical transmitter.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光通信システムは、信号光を出力する光
送信器と、その信号光を伝送する光ファイバ等の光伝送
路と、この光伝送路により伝送された信号光を受信する
光受信器とを備えて構成される。光伝送路を伝送する信
号光のパワーが大きいと、その光伝送路において非線形
光学現象が生じ、これに因り信号光の波形が劣化し、光
受信器において受信誤りが生じ易くなる。それ故、非線
形光学現象の発生を抑圧して、信号光の波形劣化を防止
することが重要である。2. Description of the Related Art An optical communication system includes an optical transmitter for outputting a signal light, an optical transmission line such as an optical fiber for transmitting the signal light, and an optical receiver for receiving the signal light transmitted through the optical transmission line. And a container. If the power of the signal light transmitted through the optical transmission line is large, a nonlinear optical phenomenon occurs in the optical transmission line, thereby deteriorating the waveform of the signal light and easily causing a reception error in the optical receiver. Therefore, it is important to suppress the occurrence of non-linear optical phenomena to prevent waveform deterioration of signal light.
【０００３】光ファイバ中の非線形光学現象には種々の
ものがあり、その１つが誘導ブリルアン散乱（stimulat
ed Brillouin scattering、以下では「ＳＢＳ」と言
う）である。例えば、文献１「Y. K. Park, et al., "A
5 Gb/s Repeaterless Transmission System Using Erb
ium-Doped Fiber Amplifiers", IEEE Photon. Technol.
Lett., Vol.5, No.1, pp.79-82 (1993)」には、ＳＢＳ
発現と伝送特性劣化との関係を実験によって検証した結
果が記載されている。There are various types of nonlinear optical phenomena in optical fibers, one of which is stimulated Brillouin scattering (stimulat scattering).
ed Brillouin scattering (hereinafter referred to as “SBS”). For example, reference 1 “YK Park, et al.,“ A
5 Gb / s Repeaterless Transmission System Using Erb
ium-Doped Fiber Amplifiers ", IEEE Photon. Technol.
Lett., Vol. 5, No. 1, pp. 79-82 (1993) "
The results of verification of the relationship between the occurrence and the deterioration of transmission characteristics by experiments are described.
【０００４】このＳＢＳの発生を抑圧する技術は、例え
ば、文献２「S. K. Korotky, et al., "Efficient Phas
e Modulation Scheme for Suppressing Stimulated Bri
llouin Scattering", IOOC'95, WD2-1 (1995)」、文献
３「D. A. Fishman, et al.,"Degradations Due to Sti
mulated Brillouin Scattering in Multigigabit Inten
sity-Modulated Fiber-Optic System", J. Lightwave T
echnol., Vol.11, No.11, pp.1721-1728 (1993)」、文
献４「T. Sugie, et al., "Transmission Limitations
of CPFSK Coherent Lightwave Systems Due to Stimula
ted Brillouin Scattering in Optical Fiber", J. Lig
htwave Technol., Vol.9, No.9, pp.1145-1155 (199
1)」、および、文献５「L. Eskildsen, et al., "Stimu
lated Brillouin scattering suppression with low re
sidual AM using a novel temperature wavelength-dit
hered DFB laser diode", Electron. Lett., Vol.32, N
o.15,pp.1387-1388 (1996)」などに記載されている。A technique for suppressing the occurrence of SBS is described in, for example, Reference 2 “SK Korotky, et al.,“ Efficient Phas
e Modulation Scheme for Suppressing Stimulated Bri
llouin Scattering ", IOOC'95, WD2-1 (1995)", Reference 3 "DA Fishman, et al.," Degradations Due to Sti
mulated Brillouin Scattering in Multigigabit Inten
sity-Modulated Fiber-Optic System ", J. Lightwave T
echnol., Vol.11, No.11, pp.1721-1728 (1993) "and Reference 4" T. Sugie, et al., "Transmission Limitations.
of CPFSK Coherent Lightwave Systems Due to Stimula
ted Brillouin Scattering in Optical Fiber ", J. Lig
htwave Technol., Vol.9, No.9, pp.1145-1155 (199
1) ”and Reference 5“ L. Eskildsen, et al., “Stimu
lated Brillouin scattering suppression with low re
sidual AM using a novel temperature wavelength-dit
hered DFB laser diode ", Electron. Lett., Vol.32, N
o.15, pp.1387-1388 (1996) ".
【０００５】これらの文献に記載されたＳＢＳ抑圧技術
は、光源である半導体レーザ光源から出力されるレーザ
光に位相変調または周波数変調することが基本となって
いる。この位相変調または周波数変調されたレーザ光に
高速の信号を重畳したものを信号光として、この信号光
を光伝送路に伝送させることになる。特に、上記文献５
に記載されたＳＢＳ抑圧技術は、位相変調をかけること
によりＳＢＳを抑圧しようとするものであるが、この位
相変調の際に同時に生じる振幅変調をできる限り小さく
するために、半導体レーザ光源に特殊な構造を設けて、
この半導体レーザ光源から出力されるレーザ光の振幅変
調を充分に低減したものである。[0005] The SBS suppression techniques described in these documents are based on phase modulation or frequency modulation of laser light output from a semiconductor laser light source, which is a light source. A signal obtained by superimposing a high-speed signal on the phase-modulated or frequency-modulated laser light is transmitted as an optical signal to the optical transmission line. In particular, the above reference 5
Although the SBS suppression technique described in supra attempts to suppress SBS by applying phase modulation, in order to minimize the amplitude modulation that occurs simultaneously with this phase modulation as much as possible, a special semiconductor laser light source is used. With the structure,
The amplitude modulation of the laser light output from the semiconductor laser light source is sufficiently reduced.
【０００６】従来のＳＢＳ抑圧技術における光送信器
は、図２に示すように、周波数ｆｍの変調信号を出力す
る変調信号源１と、この変調信号に基づいて位相変調ま
たは周波数変調されたレーザ光を出力する半導体レーザ
光源２と、送信すべき信号を出力する信号源３と、半導
体レーザ光源２から出力されたレーザ光を信号源３から
出力された信号に基づいて振幅変調しその振幅変調され
たレーザ光を信号光として出力する外部変調器４と、こ
の外部変調器４から出力された信号光を光増幅して出力
する光増幅器５とを備えて構成されている。As shown in FIG. 2, an optical transmitter according to the conventional SBS suppression technique includes a modulated signal source 1 for outputting a modulated signal having a frequency fm, and a laser beam phase-modulated or frequency-modulated based on the modulated signal. , A signal source 3 for outputting a signal to be transmitted, and an amplitude modulation of the laser light output from the semiconductor laser light source 2 based on the signal output from the signal source 3 and the amplitude modulation. An external modulator 4 for outputting the laser light as signal light, and an optical amplifier 5 for optically amplifying and outputting the signal light output from the external modulator 4 are provided.
【０００７】半導体レーザ光源２は、変調信号源１によ
って変調されたバイアス電圧すなわち駆動電流に従って
活性層の屈折率が変化し位相変調または周波数変調を受
けるが、同時に振幅変調も伴うことになる。図３に示す
ように、振幅変調の周期は、位相変調または周波数変調
と同様に１／ｆｍである。図３において、半導体レーザ
光源２から出力されるレーザ光の平均パワーをＰ1で示
し、そのレーザ光の変調振幅をａ1で示している。変調
度はａ1／Ｐ1である。The semiconductor laser light source 2 undergoes phase modulation or frequency modulation by changing the refractive index of the active layer in accordance with the bias voltage modulated by the modulation signal source 1, ie, the drive current, but also involves amplitude modulation. As shown in FIG. 3, the cycle of the amplitude modulation is 1 / fm, similarly to the phase modulation or the frequency modulation. 3, the average power of the laser beam output from the semiconductor laser light source 2 shown in P 1, illustrates a modulation amplitude of the laser beam at a 1. The degree of modulation is a 1 / P 1 .
【０００８】もし、駆動電流により直接変調されなけれ
ば、半導体レーザ光源２から出力されるレーザ光のスペ
クトルは、図４（ａ）に示すように中心周波数ｆ0を含
む狭帯域のものである。しかし、直接変調されることに
より、半導体レーザ光源２内の導波層の屈折率が変化し
てチャーピングが起こることから、半導体レーザ光源２
から出力されるレーザ光のスペクトルは、図４（ｂ）に
示すように中心周波数ｆ0を含む広帯域のものとなる。
そして、このレーザ光のスペクトル幅の拡大により、Ｓ
ＢＳの発現の抑制が可能となる。If not directly modulated by the driving current, the spectrum of the laser light output from the semiconductor laser light source 2 has a narrow band including the center frequency f 0 as shown in FIG. However, the direct modulation changes the refractive index of the waveguide layer in the semiconductor laser light source 2 and causes chirping.
The spectrum of the laser light output from the optical disk has a wide band including the center frequency f 0 as shown in FIG.
Then, by expanding the spectrum width of the laser light, S
The expression of BS can be suppressed.
【０００９】また、半導体レーザ光源２から出力される
レーザ光のパワーは小さく、また、外部変調器４から出
力される信号光のパワーも小さいことから、この信号光
は光増幅器５により光増幅されて、その光増幅された信
号光が光伝送路６に送出される。光増幅器５から出力さ
れる信号光は、図５に示すように、半導体レーザ光源２
から出力されたレーザ光の平均パワーＰ1より大きい平
均パワーＰ2であって、変調振幅がａ2であり、変調度が
ａ2／Ｐ2である。なお、図５に示す波形では、信号源３
による変調成分が省略されている。Since the power of the laser light output from the semiconductor laser light source 2 is small and the power of the signal light output from the external modulator 4 is also small, this signal light is optically amplified by the optical amplifier 5. Then, the optically amplified signal light is transmitted to the optical transmission line 6. The signal light output from the optical amplifier 5 is, as shown in FIG.
The average of the output laser light to a power P 1 is greater than the average power P 2 from a modulation amplitude a 2, a modulation degree of a 2 / P 2. In the waveform shown in FIG.
The modulation component due to is omitted.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上記の従来の光送信器
の光増幅器５から伝送路６へ送出される信号光は、平均
パワーがＰ2で変調振幅がａ2の振幅変調されたものであ
り、最大パワーＰmaxがＰ2＋ａ2となる。もし、この最
大パワーＰmaxが或る閾値より大きいと、光伝送路６に
おいて非線形光学現象（四光波混合、自己位相変調な
ど）が発生し、図６に示すように、長距離を伝送した後
では光伝送路６の分散の影響に因り信号光の波形劣化が
顕著になる。したがって、時間軸に対して周期１／ｆｍ
で波形劣化が大きい領域と小さい領域とが交互に現れる
ことになる。The signal light transmitted from the optical amplifier 5 of the conventional optical transmitter to the transmission line 6 is an amplitude-modulated signal having an average power of P 2 and a modulation amplitude of a 2. Yes, the maximum power P max is P 2 + a 2. If the maximum power Pmax is larger than a certain threshold, a nonlinear optical phenomenon (four-wave mixing, self-phase modulation, etc.) occurs in the optical transmission line 6, and as shown in FIG. In this case, the waveform of the signal light is significantly deteriorated due to the influence of the dispersion of the optical transmission line 6. Therefore, the period is 1 / fm with respect to the time axis.
As a result, regions where the waveform deterioration is large and regions where the waveform deterioration is small appear alternately.
【００１１】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、非線形光学現象（特にＳＢＳ）の発現
を抑制するとともに高パワーの信号光を出力することが
できる光送信器、および、この光送信器を用いた光通信
システムを提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an optical transmitter capable of suppressing the occurrence of nonlinear optical phenomena (particularly SBS) and outputting a high-power signal light, and It is another object of the present invention to provide an optical communication system using the optical transmitter.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明に係る光送信器
は、(1) 所定周波数の変調信号を電気信号として出力す
る変調信号源と、(2) 変調信号源から出力された変調信
号により駆動され、変調信号に応じて変調されたレーザ
光を出力する半導体レーザ光源と、(3) 送信すべき信号
を電気信号として出力する信号源と、(4) 半導体レーザ
光源から出力されたレーザ光を、信号源から出力された
電気信号に基づいて振幅変調し、その振幅変調されたレ
ーザ光を信号光として出力する外部変調器と、(5) 外部
変調器から出力された信号光を光増幅して出力する光増
幅器とを備えることを特徴とする。そして、光増幅器に
入力したレーザ光の所定周波数の振幅変調の変調度に対
して、光増幅器から出力された信号光の所定周波数の振
幅変調の変調度の比が６０％以下であることを特徴とす
る。このとき、上記所定周波数は２０ｋＨｚ以下である
のが好適である。或いは、上記所定周波数が２０ｋＨｚ
以下であって、光増幅器から出力された信号光の所定周
波数の振幅変調の変調度が１０％以下であることを特徴
とする。According to the present invention, there is provided an optical transmitter comprising: (1) a modulation signal source for outputting a modulation signal of a predetermined frequency as an electric signal; and (2) a modulation signal output from the modulation signal source. A semiconductor laser light source that outputs a laser beam that is driven and modulated according to a modulation signal; (3) a signal source that outputs a signal to be transmitted as an electric signal; and (4) a laser beam that is output from the semiconductor laser light source. And (5) optically amplify the signal light output from the external modulator, and modulate the amplitude of the signal light based on the electrical signal output from the signal source. And an optical amplifier for outputting the output. The ratio of the modulation degree of the amplitude modulation of the predetermined frequency of the signal light output from the optical amplifier to the modulation degree of the amplitude modulation of the predetermined frequency of the laser light input to the optical amplifier is 60% or less. And At this time, the predetermined frequency is preferably 20 kHz or less. Alternatively, the predetermined frequency is 20 kHz
Wherein the modulation degree of amplitude modulation at a predetermined frequency of the signal light output from the optical amplifier is 10% or less.
【００１３】この光送信器によれば、半導体レーザ光源
から出力されるレーザ光は、所定周波数（好適には２０
ｋＨｚ以下）の変調信号で振幅変調されたものである。
このレーザ光は外部変調器において信号成分が重畳され
て信号光となり、この信号光は、光増幅器により光増幅
されて出力される。そして、光増幅器に入力したレーザ
光の所定周波数の振幅変調の変調度に対して、光増幅器
から出力された信号光の所定周波数の振幅変調の変調度
の比が６０％以下であることにより、或いは、光増幅器
から出力された信号光の所定周波数の振幅変調の変調度
が１０％以下であることにより、光送信器の後段に接続
される光伝送路における非線形光学現象（特にＳＢＳ）
の発現を抑制することができ、高パワーの信号光を出力
することができる。According to this optical transmitter, the laser light output from the semiconductor laser light source has a predetermined frequency (preferably 20
(kHz or less).
This laser light is superimposed with a signal component in an external modulator to become a signal light, and this signal light is optically amplified by an optical amplifier and output. The ratio of the modulation degree of the amplitude modulation of the predetermined frequency of the signal light output from the optical amplifier to the modulation degree of the amplitude modulation of the predetermined frequency of the laser light input to the optical amplifier is 60% or less, Alternatively, since the modulation degree of the amplitude modulation of the signal light output from the optical amplifier at a predetermined frequency is 10% or less, the nonlinear optical phenomenon (particularly, SBS) in the optical transmission line connected downstream of the optical transmitter.
Can be suppressed, and a high-power signal light can be output.
【００１４】特に、光増幅器はエルビウム添加光ファイ
バ増幅器であることを特徴とする。この場合には、光増
幅器の増幅用光ファイバにおける反転分布の応答特性が
比較的低速であるので、本発明を適用するのに好適であ
る。In particular, the optical amplifier is an erbium-doped optical fiber amplifier. In this case, the response characteristic of the population inversion in the amplifying optical fiber of the optical amplifier is relatively slow, which is suitable for applying the present invention.
【００１５】本発明に係る光通信システムは、信号光を
出力する上記の光送信器と、この光送信器から出力され
た信号光を伝送する光伝送路と、この光伝送路により伝
送された信号光を受信する光受信器とを備えることを特
徴とする。この光通信システムによれば、光送信器から
出力された信号光は、光伝送路を経て光受信器に到達し
受信される。上記の光送信器を採用したことにより、光
伝送路における非線形光学現象（特にＳＢＳ）の発現を
抑制することができ、高パワーの信号光を伝送すること
ができるので、光受信器における受信誤りが低減され
る。In the optical communication system according to the present invention, the above-mentioned optical transmitter for outputting a signal light, an optical transmission line for transmitting the signal light output from the optical transmitter, and an optical signal transmitted through the optical transmission line. An optical receiver for receiving signal light. According to this optical communication system, the signal light output from the optical transmitter reaches the optical receiver via the optical transmission path and is received. By employing the above-described optical transmitter, the occurrence of nonlinear optical phenomena (especially SBS) in the optical transmission path can be suppressed, and high-power signal light can be transmitted. Is reduced.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明にお
いて同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を
省略する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
【００１７】先ず、本発明を想到するに到った経緯につ
いて説明する。信号光が光増幅器に入力したとき、その
入力した信号光の変調波形（変調信号源１による周波数
ｆｍの変調成分）に対する光増幅器の応答は、信号光入
力時の光増幅器のレーザ媒質における反転分布（利得係
数）の時間的な振る舞いに帰着される。光増幅器のレー
ザ媒質における反転分布の応答速度は、 τeff＝τ／(１＋Ｉ／Ｉs＋Ｉp／Ｉpth) なる式で表されるレーザ媒質の実効的な上準位の寿命τ
effにより支配される。ここで、τは光が存在しないと
きの上準位の寿命であり、Ｉは入力信号光の強度であ
り、Ｉsは飽和強度であり、Ｉpは励起光強度であり、Ｉ
pthは光増幅器のレーザ媒質が透明になる閾値励起光強
度である。First, a description will be given of the circumstances that led to the present invention. When the signal light is input to the optical amplifier, the response of the optical amplifier to the modulation waveform (modulation component of the frequency fm by the modulation signal source 1) of the input signal light is represented by a population inversion in the laser medium of the optical amplifier when the signal light is input. (Gain coefficient). The response speed of the inversion in the laser medium of the optical amplifier, τ eff = τ / (1 + I / I s + I p / I pth) consisting life of effective upper level of the laser medium of the formula tau
Controlled by eff . Here, τ is the lifetime of the upper level when no light is present, I is the intensity of the input signal light, I s is the saturation intensity, I p is the excitation light intensity, and I is the excitation light intensity.
pth is the threshold excitation light intensity at which the laser medium of the optical amplifier becomes transparent.
【００１８】光増幅器５に入力する信号光の振幅変調
（変調信号源１による変調成分）の周波数ｆｍが低い場
合、すなわち、振幅変調の周期１／ｆｍが実効的な上準
位の寿命τeffより長い場合には、光増幅器５における
反転分布（利得係数）は入力信号光の強度の変化に追随
することができる。その結果、光増幅器５から出力され
る信号光は、図７（ａ）に示すように、変調度が低下
し、或いは、変調振幅が略零となって連続光となり得
る。When the frequency fm of the amplitude modulation (modulation component by the modulation signal source 1) of the signal light input to the optical amplifier 5 is low, that is, the period 1 / fm of the amplitude modulation is an effective upper level lifetime τ eff. If the length is longer, the population inversion (gain coefficient) in the optical amplifier 5 can follow the change in the intensity of the input signal light. As a result, as shown in FIG. 7A, the signal light output from the optical amplifier 5 may have a lower modulation degree or a modulation amplitude of substantially zero and become continuous light.
【００１９】一方、光増幅器５に入力する信号光の振幅
変調（変調信号源１による変調成分）の周波数ｆｍが高
い場合、すなわち、振幅変調の周期１／ｆｍが実効的な
上準位の寿命τeffより短い場合には、光増幅器５にお
ける反転分布（利得係数）は入力信号光の強度の変化に
追随することができなくなる。すなわち、光増幅器５
は、入力信号光の平均強度に応じて略一定の利得係数を
有することになる。その結果、図７（ｂ）に示すよう
に、光増幅器５から出力される信号光の変調度は、光増
幅器５に入力する信号光の変調度と比べて殆ど変わらな
いことになる。On the other hand, when the frequency fm of the amplitude modulation (modulation component by the modulation signal source 1) of the signal light input to the optical amplifier 5 is high, that is, the period 1 / fm of the amplitude modulation is the effective upper level lifetime. If it is shorter than τ eff, the population inversion (gain coefficient) in the optical amplifier 5 cannot follow the change in the intensity of the input signal light. That is, the optical amplifier 5
Has a substantially constant gain coefficient depending on the average intensity of the input signal light. As a result, as shown in FIG. 7B, the degree of modulation of the signal light output from the optical amplifier 5 is almost the same as the degree of modulation of the signal light input to the optical amplifier 5.
【００２０】なお、図７（ａ）および（ｂ）それぞれに
示す波形では、信号源３による変調成分が省略されてい
る。In the waveforms shown in FIGS. 7A and 7B, the modulation component by the signal source 3 is omitted.
【００２１】また、実効的な上準位の寿命τeffの式か
ら判るように、入力信号光強度Ｉが飽和強度Ｉsより充
分に小さい場合には、入力信号光強度Ｉの変化は、実効
的な上準位の寿命τeffの値に寄与することは殆ど無い
ので、無視することができ、問題とはならない。しか
し、入力信号光強度Ｉが飽和強度Ｉsと同程度またはこ
れ以上である場合、すなわち、飽和領域付近で光増幅器
５を動作させる場合には、入力信号光強度Ｉの変化は、
実効的な上準位の寿命τeffの値に大きく寄与するの
で、問題となる。ＳＢＳが問題となる光通信システムで
は、通常、飽和領域付近で光増幅器５を動作させるので
問題となる。Further, as can be seen from the equation lifetime tau eff of the effective upper level, when the input signal light intensity I is sufficiently smaller than the saturation intensity I s, the change of the input signal light intensity I is effective Since it hardly contributes to the value of the lifetime τ eff of a typical upper level, it can be ignored and does not cause a problem. However, if the input signal light intensity I is saturation intensity I s and equal to or more, i.e., when operating the optical amplifier 5 in the vicinity of the saturation region, variation of the input signal light intensity I,
This is a problem because it greatly contributes to the effective upper level lifetime τ eff . In an optical communication system in which SBS is a problem, the optical amplifier 5 is usually operated near the saturation region, which is a problem.
【００２２】以上に述べたことを実験により確認した。
図８は、半導体レーザ光源２から出力されるレーザ光の
変調周波数ｆｍを１ｋＨｚとし変調度を２０％としたと
きのスペクトルを説明する図であり、同図（ａ）は、光
増幅器５に入力するレーザ光のスペクトルを示し、同図
（ｂ）は、光増幅器５から出力される信号光のスペクト
ルを示す。この図から判るように、光増幅器５から出力
された信号光では、変調周波数ｆｍに対応するサイドバ
ンド成分が消失している。また、図９は、半導体レーザ
光源２から出力されるレーザ光の変調周波数ｆｍを７ｋ
Ｈｚおよび２０ｋＨｚとし変調度を２０％としたときの
スペクトルを説明する図であり、同図（ａ）は、光増幅
器５に入力するレーザ光のスペクトルを示し、同図
（ｂ）は、光増幅器５から出力される信号光のスペクト
ルを示す。この図から判るように、光増幅器５から出力
された信号光では、変調周波数７ｋＨｚの成分が消失し
ているが、変調周波数２０ｋＨｚの成分が透過してい
る。The above is confirmed by experiments.
FIG. 8 is a diagram for explaining the spectrum when the modulation frequency fm of the laser light output from the semiconductor laser light source 2 is 1 kHz and the modulation degree is 20%, and FIG. FIG. 2B shows the spectrum of the signal light output from the optical amplifier 5. As can be seen from the figure, in the signal light output from the optical amplifier 5, the sideband component corresponding to the modulation frequency fm has disappeared. FIG. 9 shows that the modulation frequency fm of the laser light output from the semiconductor laser light source 2 is 7 k.
FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining a spectrum when the modulation degree is set to 20% in Hz and 20 kHz. FIG. 5A shows a spectrum of a laser beam input to the optical amplifier 5, and FIG. 5 shows the spectrum of the signal light output from FIG. As can be seen from the figure, in the signal light output from the optical amplifier 5, the component of the modulation frequency of 7 kHz has disappeared, but the component of the modulation frequency of 20 kHz is transmitted.
【００２３】図１０は、半導体レーザ光源２から出力さ
れるレーザ光の変調周波数ｆｍを１ｋＨｚとし変調度を
１０％としたときの波形を説明する図であり、同図
（ａ）は、光増幅器５に入力するレーザ光の波形を示
し、同図（ｂ）は、光増幅器５から出力される信号光の
波形を示す。また、図１１は、半導体レーザ光源２から
出力されるレーザ光の変調周波数ｆｍを４０ｋＨｚとし
変調度を１０％としたときの波形を説明する図であり、
同図（ａ）は、光増幅器５に入力するレーザ光の波形を
示し、同図（ｂ）は、光増幅器５から出力される信号光
の波形を示す。これらの図から判るように、変調周波数
ｆｍが１ｋＨｚであるときには、光増幅器５から出力さ
れる信号光の変調度は低下している。これに対して、変
調周波数ｆｍが４０ｋＨｚであるときには、光増幅器５
から出力される信号光の変調度は、光増幅器５に入力す
るレーザ光の変調度と殆ど変わらない。FIG. 10 is a diagram for explaining the waveform of the laser light output from the semiconductor laser light source 2 when the modulation frequency fm is 1 kHz and the modulation is 10%, and FIG. 5 shows the waveform of the laser light input to the optical amplifier 5, and FIG. 7B shows the waveform of the signal light output from the optical amplifier 5. FIG. 11 is a diagram illustrating waveforms when the modulation frequency fm of the laser light output from the semiconductor laser light source 2 is 40 kHz and the degree of modulation is 10%.
FIG. 3A shows the waveform of the laser light input to the optical amplifier 5, and FIG. 3B shows the waveform of the signal light output from the optical amplifier 5. As can be seen from these figures, when the modulation frequency fm is 1 kHz, the degree of modulation of the signal light output from the optical amplifier 5 is reduced. On the other hand, when the modulation frequency fm is 40 kHz, the optical amplifier 5
The modulation degree of the signal light output from is almost the same as the modulation degree of the laser light input to the optical amplifier 5.
【００２４】図１２は、変調周波数ｆｍと変調度残留量
との関係を示すグラフである。ここで変調度残留量と
は、光増幅器５に入力したレーザ光の周波数ｆｍの振幅
変調の変調度に対する、光増幅器５から出力された信号
光の周波数ｆｍの振幅変調の変調度の比である。このグ
ラフから判るように、変調周波数ｆｍが小さいほど、変
調度残留度も小さくなる。変調周波数ｆｍが２０ｋＨｚ
以下で変調度残留度は６０％以下となり、変調周波数ｆ
ｍが１０ｋＨｚ以下で変調度残留度は３０％以下とな
り、変調周波数ｆｍが５ｋＨｚ以下で変調度残留度は１
５％以下となる。FIG. 12 is a graph showing the relationship between the modulation frequency fm and the residual modulation degree. The residual modulation degree is a ratio of the modulation degree of the amplitude modulation of the frequency fm of the signal light output from the optical amplifier 5 to the modulation degree of the amplitude modulation of the frequency fm of the laser light input to the optical amplifier 5. . As can be seen from this graph, the lower the modulation frequency fm, the lower the modulation degree residual degree. Modulation frequency fm is 20kHz
Below, the modulation degree residual degree becomes 60% or less, and the modulation frequency f
When m is 10 kHz or less, the modulation degree residual is 30% or less, and when the modulation frequency fm is 5 kHz or less, the modulation degree residual is 1%.
5% or less.
【００２５】図１３は、光増幅器５から伝送路６に信号
光を入射させた場合の入射パワーと反射パワーとの関係
を示す図である。伝送路６は長さ２０ｋｍのシングルモ
ード光ファイバであり、ここでは高速の信号成分はかけ
ていない。また、変調周波数ｆｍを０（変調なし）、１
ｋＨｚおよび５ｋＨｚそれぞれとし、変調度を１０％と
した。このグラフから判るように、変調周波数ｆｍが大
きいほどＳＢＳは起こり難くなっている。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the incident power and the reflected power when the signal light is made to enter the transmission line 6 from the optical amplifier 5. The transmission line 6 is a single-mode optical fiber having a length of 20 km, in which a high-speed signal component is not applied. Further, the modulation frequency fm is set to 0 (no modulation), 1
kHz and 5 kHz, respectively, and the degree of modulation was 10%. As can be seen from this graph, SBS is less likely to occur as the modulation frequency fm increases.
【００２６】以上より、ＳＢＳの発現を抑制しつつ、正
規の信号成分以外の振幅変調成分（変調信号源１による
変調成分）が低減された信号光を光増幅器５から出力す
る為には、変調信号源１によるレーザ光の変調周波数ｆ
ｍを、レーザ媒質の実効的な上準位の寿命τeffの逆数
より小さくすればよい。また、ＳＢＳ抑圧効果を大きく
する為には、変調信号源１によるレーザ光の変調周波数
ｆｍが大きくすればよい。以上のように、変調信号源１
によるレーザ光の振幅変調の変調周波数ｆｍとして適切
な帯域があることが判った。本発明は以上のような考察
および知見に基づいてなされたものである。As described above, in order to output from the optical amplifier 5 a signal light in which the amplitude modulation component other than the normal signal component (the modulation component by the modulation signal source 1) is reduced while suppressing the occurrence of SBS, the modulation is performed. Modulation frequency f of laser light by signal source 1
m may be smaller than the reciprocal of the effective upper level lifetime τ eff of the laser medium. In order to increase the SBS suppression effect, the modulation frequency fm of the laser beam by the modulation signal source 1 may be increased. As described above, the modulation signal source 1
It has been found that there is an appropriate band as the modulation frequency fm of the amplitude modulation of the laser light by the above method. The present invention has been made based on the above considerations and findings.
【００２７】次に、本実施形態に係る光送信器および光
通信システムの概略構成について説明する。図１は、本
実施形態に係る光送信器および光通信システムの概略構
成図である。本実施形態に係る光通信システムは、光送
信器１０、光伝送路２０および光受信器３０を備えて構
成されている。また、本実施形態に係る光送信器１０
は、変調信号源１１、半導体レーザ光源１２、信号源１
３、外部変調器１４および光増幅器１５を備えて構成さ
れている。Next, a schematic configuration of the optical transmitter and the optical communication system according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical transmitter and an optical communication system according to the present embodiment. The optical communication system according to the present embodiment includes an optical transmitter 10, an optical transmission line 20, and an optical receiver 30. Also, the optical transmitter 10 according to the present embodiment
Is a modulation signal source 11, a semiconductor laser light source 12, a signal source 1
3, an external modulator 14 and an optical amplifier 15 are provided.
【００２８】変調信号源１１は、２０ｋＨｚ以下の周波
数ｆｍの変調信号を電気信号として出力する。半導体レ
ーザ光源１２は、変調信号源１１から出力された周波数
ｆｍの変調信号により駆動され、その変調信号に応じて
位相変調や周波数変調に加え振幅変調されたレーザ光を
出力する。このレーザ光の波長は、例えば１．５５μｍ
帯であるのが好適である。信号源１３は、送信すべき信
号を電気信号として出力する。外部変調器１４は、半導
体レーザ光源１２から出力されたレーザ光を、信号源１
３から出力された電気信号に基づいて振幅変調し、その
振幅変調されたレーザ光を信号光として出力する。The modulation signal source 11 outputs a modulation signal having a frequency fm of 20 kHz or less as an electric signal. The semiconductor laser light source 12 is driven by a modulation signal having a frequency fm output from the modulation signal source 11, and outputs a laser light that is amplitude-modulated in addition to phase modulation and frequency modulation according to the modulation signal. The wavelength of this laser light is, for example, 1.55 μm
Preferably, it is a band. The signal source 13 outputs a signal to be transmitted as an electric signal. The external modulator 14 outputs the laser light output from the semiconductor laser light source 12 to the signal source 1.
Amplitude modulation is performed on the basis of the electric signal output from 3, and the amplitude-modulated laser light is output as signal light.
【００２９】光増幅器１５は、外部変調器１４から出力
された信号光を光増幅して、その光増幅された信号光を
光伝送路２０へ出力する。特に、光増幅器１５は、Ｅｒ
元素等がコア領域に添加された増幅用光ファイバと、こ
の増幅用光ファイバに所定波長の励起光を供給する励起
手段とを有するエルビウム添加光ファイバ増幅器である
のが好適である。光増幅器１５がエルビウム添加光ファ
イバ増幅器である場合には、増幅用光ファイバにおける
反転分布の応答特性が比較的低速であるので、本発明を
適用するのに好適である。The optical amplifier 15 optically amplifies the signal light output from the external modulator 14 and outputs the optically amplified signal light to the optical transmission line 20. In particular, the optical amplifier 15
It is preferable that the erbium-doped optical fiber amplifier includes an amplification optical fiber in which an element or the like is added to the core region, and an excitation unit that supplies excitation light having a predetermined wavelength to the amplification optical fiber. When the optical amplifier 15 is an erbium-doped optical fiber amplifier, the response characteristic of the population inversion in the amplification optical fiber is relatively slow, which is suitable for applying the present invention.
【００３０】ここで、光増幅器１５から出力された信号
光の周波数ｆｍの振幅変調の変調度が１０％以下となる
よう調整されている。或いは、光増幅器１５に入力した
レーザ光の周波数ｆｍの振幅変調の変調度に対して、光
増幅器１５から出力された信号光の周波数ｆｍの振幅変
調の変調度の比が６０％以下となるよう調整されてい
る。Here, the modulation degree of the amplitude modulation of the signal light output from the optical amplifier 15 at the frequency fm is adjusted to be 10% or less. Alternatively, the ratio of the modulation degree of the amplitude modulation of the frequency fm of the signal light output from the optical amplifier 15 to the modulation degree of the amplitude modulation of the frequency fm of the laser light input to the optical amplifier 15 is 60% or less. Has been adjusted.
【００３１】そして、光送信器１０の光増幅器１５から
出力された信号光は、光伝送路２０を伝送して光受信器
３０に到達する。光受信器３０は、この到達した信号光
を受信する。このように構成することにより、光送信器
１０から送出され光伝送路２０を経て光受信器３０に到
達する信号光は、Ｇｂｓ以上の伝送の場合であっても、
ＳＢＳの発現が抑圧されたものとなり、良好な信号波形
が維持される。The signal light output from the optical amplifier 15 of the optical transmitter 10 travels through the optical transmission line 20 and reaches the optical receiver 30. The optical receiver 30 receives the reached signal light. With this configuration, the signal light transmitted from the optical transmitter 10 and arriving at the optical receiver 30 via the optical transmission line 20 can be transmitted even if the transmission speed is Gbs or more.
The occurrence of SBS is suppressed, and a good signal waveform is maintained.
【００３２】また、従来の場合には、光送信器１０から
光伝送路２０に入射する信号光のパワーが７ｄＢｍ以上
である場合には、光伝送路２０における非線形光学現象
の発生が顕著になるが、本実施形態の場合には、このよ
うな場合であっても、ＳＢＳの発現が抑圧されたものと
なり、良好な信号波形が維持される。また、従来の場合
には、光伝送路２０である光ファイバの非線形屈折率を
ｎ2とし実効断面積をＡeffとしたときに、光伝送路２０
の入射端におけるｎ2／Ａeffの値が６×１０- 10／Ｗ以
上である場合にも、光伝送路２０における非線形光学現
象の発生が顕著になるが、本実施形態の場合には、この
ような場合であっても、ＳＢＳの発現が抑圧されたもの
となり、良好な信号波形が維持される。In the conventional case, when the power of the signal light entering the optical transmission line 20 from the optical transmitter 10 is 7 dBm or more, the occurrence of the nonlinear optical phenomenon in the optical transmission line 20 becomes remarkable. However, in the case of the present embodiment, even in such a case, the occurrence of SBS is suppressed, and a good signal waveform is maintained. Further, in the conventional case, when the nonlinear refractive index of the optical fiber which is the optical transmission line 20 is n 2 and the effective area is A eff ,
The value of n 2 / A eff is 6 × 10 at the incident end - even if it is 10 / W or more, the occurrence of nonlinear optical phenomena in the optical transmission path 20 becomes remarkable, in the case of the present embodiment, Even in such a case, the occurrence of SBS is suppressed, and a good signal waveform is maintained.
【００３３】次に、本実施形態に係る光通信システムの
実施例について説明する。本実施例では、光伝送路２０
は、光送信器１０の後段に接続された長さ２００ｋｍの
シングルモード光ファイバまたは長さ２００ｋｍの分散
シフト光ファイバで構成された。また、光送信器１０か
ら光伝送路２０に入射する信号光のパワーを＋１５ｄＢ
ｍとした。そして、光受信器３０に到達する信号光のパ
ワーペナルティを評価した。その結果、変調周波数ｆｍ
が２０ｋＨｚ以下であれば、何れの光ファイバにおいて
も、パワーペナルティが１ｄＢ以下となり、伝送特性が
劣化しないことが確認された。光増幅器１５出力時の変
調度が１０％以下であれば、パワー変動が非線形光学現
象に因る波形劣化と関係しないことが判った。また、変
調度残留度が６０％以下であるような変調周波数ｆｍの
範囲であれば、ＳＢＳ発現を回避することができる程度
まで変調度を大きくしたとしても、低周波変調に因る強
度の差に伴う非線形光学現象の発現に差が生じることな
く、パワーペナルティの増大につながらないことが確認
された。Next, an example of the optical communication system according to the present embodiment will be described. In this embodiment, the optical transmission path 20
Is composed of a single-mode optical fiber having a length of 200 km or a dispersion-shifted optical fiber having a length of 200 km connected to the subsequent stage of the optical transmitter 10. Further, the power of the signal light incident on the optical transmission line 20 from the optical transmitter 10 is +15 dB.
m. Then, the power penalty of the signal light reaching the optical receiver 30 was evaluated. As a result, the modulation frequency fm
Is 20 kHz or less, the power penalty is 1 dB or less in any of the optical fibers, and it has been confirmed that the transmission characteristics do not deteriorate. It was found that when the modulation factor at the time of output of the optical amplifier 15 was 10% or less, the power fluctuation was not related to waveform deterioration due to the nonlinear optical phenomenon. Further, if the modulation frequency is within the range of the modulation frequency fm in which the modulation degree residual degree is 60% or less, even if the modulation degree is increased to such an extent that SBS can be avoided, the difference in intensity due to the low frequency modulation can be obtained. It was confirmed that there was no difference in the expression of nonlinear optical phenomena associated with, and that this did not lead to an increase in power penalty.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
係る光送信器によれば、所定周波数の変調信号（好適に
は２０ｋＨｚ以下）で変調されたレーザ光が半導体レー
ザ光源から出力され、このレーザ光が外部変調器におい
て信号成分が重畳されて信号光となり、この信号光が光
増幅器により光増幅されて出力される。そして、光増幅
器に入力したレーザ光の所定周波数の振幅変調の変調度
に対して、光増幅器から出力された信号光の所定周波数
の振幅変調の変調度の比が６０％以下であることによ
り、或いは、光増幅器から出力された信号光の所定周波
数の振幅変調の変調度が１０％以下であることにより、
光送信器の後段に接続される光伝送路における非線形光
学現象（特にＳＢＳ）の発現を抑制することができ、高
パワーの信号光を出力することができる。As described above in detail, according to the optical transmitter of the present invention, a laser beam modulated with a modulation signal of a predetermined frequency (preferably 20 kHz or less) is output from a semiconductor laser light source, This laser light is superimposed on a signal component in an external modulator to become signal light, and this signal light is optically amplified by an optical amplifier and output. The ratio of the modulation degree of the amplitude modulation of the predetermined frequency of the signal light output from the optical amplifier to the modulation degree of the amplitude modulation of the predetermined frequency of the laser light input to the optical amplifier is 60% or less, Alternatively, the modulation degree of the amplitude modulation at a predetermined frequency of the signal light output from the optical amplifier is 10% or less,
It is possible to suppress the occurrence of nonlinear optical phenomena (especially SBS) in an optical transmission line connected downstream of the optical transmitter, and to output high-power signal light.
【００３５】また、本発明に係る光通信システムによれ
ば、上記の光送信器を採用したことにより、光伝送路に
おける非線形光学現象（特にＳＢＳ）の発現を抑制する
ことができ、高パワーの信号光を伝送することができる
ので、光受信器における受信誤りが低減される。Further, according to the optical communication system of the present invention, the use of the above-mentioned optical transmitter makes it possible to suppress the occurrence of nonlinear optical phenomena (especially SBS) in the optical transmission line, and to provide a high-power optical communication system. Since signal light can be transmitted, reception errors in the optical receiver are reduced.
【図１】本実施形態に係る光送信器および光通信システ
ムの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical transmitter and an optical communication system according to the present embodiment.
【図２】従来の光送信器の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional optical transmitter.
【図３】従来の光送信器における半導体レーザ光源から
出力される信号光の波形を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the waveform of signal light output from a semiconductor laser light source in a conventional optical transmitter.
【図４】従来の光送信器における半導体レーザ光源から
出力される信号光のスペクトルを説明する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a spectrum of signal light output from a semiconductor laser light source in a conventional optical transmitter.
【図５】従来の光送信器における光増幅器から出力され
る信号光の波形を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a waveform of signal light output from an optical amplifier in a conventional optical transmitter.
【図６】従来の光送信器から出力され長距離伝送した後
の信号光の波形を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a waveform of signal light output from a conventional optical transmitter and transmitted over a long distance.
【図７】光増幅器の入力信号光および出力信号光それぞ
れの変調度を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a modulation degree of each of an input signal light and an output signal light of the optical amplifier.
【図８】半導体レーザ光源から出力されるレーザ光の変
調周波数ｆｍを１ｋＨｚとし変調度を２０％としたとき
のスペクトルを説明する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a spectrum when the modulation frequency fm of the laser beam output from the semiconductor laser light source is 1 kHz and the modulation factor is 20%.
【図９】半導体レーザ光源から出力されるレーザ光の変
調周波数ｆｍを７ｋＨｚおよび２０ｋＨｚとし変調度を
２０％としたときのスペクトルを説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a spectrum when the modulation frequency fm of the laser light output from the semiconductor laser light source is 7 kHz and 20 kHz and the modulation degree is 20%.
【図１０】半導体レーザ光源から出力されるレーザ光の
変調周波数ｆｍを１ｋＨｚとし変調度を１０％としたと
きの波形を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating waveforms when the modulation frequency fm of the laser light output from the semiconductor laser light source is 1 kHz and the degree of modulation is 10%.
【図１１】半導体レーザ光源から出力されるレーザ光の
変調周波数ｆｍを４０ｋＨｚとし変調度を１０％とした
ときの波形を説明する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating waveforms when the modulation frequency fm of the laser light output from the semiconductor laser light source is 40 kHz and the degree of modulation is 10%.
【図１２】変調周波数ｆｍと変調度残留量との関係を示
すグラフである。FIG. 12 is a graph showing a relationship between a modulation frequency fm and a residual modulation degree.
【図１３】光増幅器から伝送路に信号光を入射させた場
合の入射パワーと反射パワーとの関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a relationship between incident power and reflected power when signal light is incident on a transmission line from an optical amplifier.
１０…光送信器、１１…変調信号源、１２…半導体レー
ザ光源、１３…信号源、１４…外部変調器、１５…光増
幅器、２０…光伝送路、３０…光受信器。DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Optical transmitter, 11 ... Modulation signal source, 12 ... Semiconductor laser light source, 13 ... Signal source, 14 ... External modulator, 15 ... Optical amplifier, 20 ... Optical transmission line, 30 ... Optical receiver.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 10/04 10/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H04B 10/04 10/06
Claims (5)
出力する変調信号源と、 前記変調信号源から出力された前記変調信号により駆動
され、前記変調信号に応じて変調されたレーザ光を出力
する半導体レーザ光源と、 送信すべき信号を電気信号として出力する信号源と、 前記半導体レーザ光源から出力された前記レーザ光を、
前記信号源から出力された前記電気信号に基づいて振幅
変調し、その振幅変調された前記レーザ光を信号光とし
て出力する外部変調器と、 前記外部変調器から出力された前記信号光を光増幅して
出力する光増幅器とを備え、 前記光増幅器に入力した前記レーザ光の前記所定周波数
の振幅変調の変調度に対して、前記光増幅器から出力さ
れた前記信号光の前記所定周波数の振幅変調の変調度の
比が６０％以下であることを特徴とする光送信器。1. A modulation signal source for outputting a modulation signal of a predetermined frequency as an electric signal; and a laser beam driven by the modulation signal output from the modulation signal source and modulated in accordance with the modulation signal. A semiconductor laser light source, a signal source that outputs a signal to be transmitted as an electric signal, and the laser light output from the semiconductor laser light source.
An external modulator that performs amplitude modulation based on the electric signal output from the signal source and outputs the amplitude-modulated laser light as signal light, and optically amplifies the signal light output from the external modulator. And an optical amplifier that outputs the signal light from the optical amplifier with respect to the modulation degree of the amplitude modulation of the predetermined frequency of the laser light input to the optical amplifier. An optical transmitter characterized in that the ratio of the modulation degrees is 60% or less.
ことを特徴とする請求項１記載の光送信器。2. The optical transmitter according to claim 1, wherein the predetermined frequency is equal to or lower than 20 kHz.
を電気信号として出力する変調信号源と、 前記変調信号源から出力された前記変調信号により駆動
され、前記変調信号に応じて変調されたレーザ光を出力
する半導体レーザ光源と、 送信すべき信号を電気信号として出力する信号源と、 前記半導体レーザ光源から出力された前記レーザ光を、
前記信号源から出力された前記電気信号に基づいて振幅
変調し、その振幅変調された前記レーザ光を信号光とし
て出力する外部変調器と、 前記外部変調器から出力された前記信号光を光増幅して
出力する光増幅器とを備え、 前記光増幅器から出力された前記信号光の前記所定周波
数の振幅変調の変調度が１０％以下であることを特徴と
する光送信器。3. A modulation signal source for outputting a modulation signal having a predetermined frequency of 20 kHz or less as an electric signal, and a laser beam driven by the modulation signal output from the modulation signal source and modulated according to the modulation signal. A semiconductor laser light source that outputs a signal to be transmitted, a signal source that outputs a signal to be transmitted as an electric signal, and the laser light output from the semiconductor laser light source.
An external modulator that performs amplitude modulation based on the electric signal output from the signal source and outputs the amplitude-modulated laser light as signal light, and optically amplifies the signal light output from the external modulator. An optical amplifier for outputting the signal light, and wherein the modulation degree of the amplitude modulation at the predetermined frequency of the signal light output from the optical amplifier is 10% or less.
バ増幅器であることを特徴とする請求項１または３に記
載の光送信器。4. The optical transmitter according to claim 1, wherein the optical amplifier is an erbium-doped optical fiber amplifier.
載の光送信器と、前記光送信器から出力された前記信号
光を伝送する光伝送路と、前記光伝送路により伝送され
た前記信号光を受信する光受信器とを備えることを特徴
とする光通信システム。5. The optical transmitter according to claim 1, which outputs a signal light, an optical transmission line that transmits the signal light output from the optical transmitter, and an optical transmission line that transmits the signal light. An optical communication system, comprising: an optical receiver that receives the signal light.
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